关键词：钢卷运输车滑触线工业无线以太网
中图分类号：D922文献标识码：A
引言
1.1工艺简介
某钢厂轧后库钢卷转运系统是将钢卷从酸轧机组出口步进梁交接鞍座上运送至出口存料台。设备设有两个中间鞍座（中间存料台）、两个出口鞍座（出口存料台）及两台钢卷运输车。No.1钢卷运输车将钢卷从交接鞍座转运到中间存料台，再由No.2钢卷运输车将钢卷转运到出口存料台，然后由车间天车吊走，如果其中一辆钢卷运输车出现故障或者需要检修，可以移动到运输线的两端进行检修，另外一台照常工作，从而不影响正常生产。运行距离为90米，为满足生产节奏，两辆钢卷运输车的设计速度为max60m/min（负载）及max70m/min（空载）。工艺流程见图1。
图1工艺流程图
1.2设备组成
钢卷运输车为钢结构焊接件，包括升降鞍座和横移小车两部分。升降鞍座为焊接件，装在具有导向作用框架上，由液压缸驱动升降。升降液压缸固定在车架上，由同样固定在钢卷运输车上的独立液压站提供压力油。横移小车为焊接件，车体上装有4个车轮，由固定在钢卷运输车上的齿轮马达驱动，沿着两根固定在基础上的轨道行走。在运输轨道两侧地面上安装有光电开关和接近开关等设备，来判断每个鞍座上是否有钢卷以及钢卷运输车的实际位置。
电气控制系统设计
由上述描述可知，钢卷运输车速度快、运输距离长、钢卷运输控制逻辑比较复杂、控制信号较多，针对上述工艺及设备的要求和特点，电气控制系统采用滑触线为钢卷运输车供电，由地面控制系统通过工业无线以太网向钢卷运输车上控制系统发送、接收控制和状态信号。
下面从分别从供电系统、通讯系统和控制系统三个方面阐述本方案的组成。
2.1供电系统
冷轧厂中，常见的上卷钢卷车或卸卷钢卷车都是通过拖链给车上的电机供电，驱动钢卷车移动，通过液压软管输送压力油驱动钢卷车上鞍座的升降。但对本案中移动距离长、移动速度快的情况，普通电缆拖链很难满足工艺需求，且容易损耗，维护不方便。通过安全型滑触线给钢卷运输车供电的方式可以解决这个问题，其优点有如下几点：
其一是速度快，完全可以满足本项目中70m/min的移动速度，而且可靠性高。
其二是导电率高，磨损小，使用寿命长，故障率低，维护成本低。
本案中对钢卷运输车上供电采用安全型滑触线供电，三相四线制，地沟安装，其总体布置图如图2所示：
图2安全型滑触线总体布置图
2.2通讯系统
因为钢卷运输车上没有电缆拖链，车上控制系统和地面控制系统无法采用硬接线的方式进行通讯，所以本案采用无线以太网的形式实现地面控制系统对钢卷运输车的控制。具体硬件系统采用的是西门子公司的SCALANCEW无线网络产品。
无线通讯是未来自动化的发展趋势之一，应用越来越广泛，西门子推出的SCALANCEW产品用于工业无线局域网的通讯，具有安全、可靠、耐用的特点。可以替代有线，实现可靠的通讯连接，符合WLAN国际标准IEEE802.11，并适用于2.4GHz和5GHz免授权射频频段[1]。
无线网络主要包括3个组成部分：接入点（AP），天线，客户端（Client）。
针对本案现场的具体情况及成本等因素，接入点采用W784-1，客户端采用W744-1，并配无线天线等附件，无线天线为全向天线，有效半径为200米。完全满足本项目的需求。接入点可客户端分别通过各自的有线网络接口连接到地面控制系统和车上控制系统中，接入点和客户端通过全向无线天线互相通信。其网络配置参见图3。
图3网络及控制系统配置图
2.3控制系统
本案中控制系统分为地面控制系统和车上控制系统，均采用西门子S7-200CPU实现逻辑运算等功能。
地面控制系统位于地面主操作台中，用于收集生产操作人员在操作台上对钢卷运输系统的手动操作及干预，同时，与酸轧机组出口步进梁进行通讯，获得自动模式下对两辆钢卷运输车的控制命令。除CPU224XP外，其I/O扩展模块用于连接操作台上按钮、选择开关和指示灯等操作元件及地面光电开关和接口开关等检测元件；PROFIBUS从站模块EM277用于与酸轧机组实现PROFIBUS总线连接，实现与酸轧机组的通讯；另外通过以太网通讯模块CP243-1连接无线以太网接入点及其天线，实现与钢卷运输车控制系统的通讯。
两辆钢卷车上分别有一套车上控制系统，安装于车载电控箱内，主要用于接收主操作台上发来的控制命令，从而控制车上的液压系统及其阀台和小车横移电机等设备。CPU224XP用于处理地面控制系统发来的控制信号，结合车载检测元件，通过I/O扩展模块控制车上液压站及其阀台，通过USS总线控制车载横移电机变频系统，以完成钢卷运输车鞍座的升降和钢卷运输车的移动的动作。其中横移电机的变频系统采用西门子MM440变频器，驱动横移电机实现对钢卷运输车及车上钢卷的平稳移动。最后通过以太网通讯模块CP243-1连接无线以太网客户端及其天线，实现与地面控制系统的通讯。控制系统配置图见图3。
应用
本系统方案在某钢厂轧后库钢卷运转系统的得到应用，于2010年投入使用，效果良好，受到用户的好评，并于2011年将该方案移植到某钢厂镀锌机组与包装机组之间的钢卷运输系统中，并做部分优化及修改，现场运行良好。
结束语
近年来，随着钢铁厂自动化水平的提高，钢铁生产效率也得到显著提升，各个生产环节之间的物理系统成为制约产量提升的瓶颈，以移动速度快、距离长为特点的钢卷运输车需求量明显加大。这要求从控制系统的全局出发，提高生产效率、降低生产成本、改进产品质量,以适应快速多变的市场需求[2]。本文介绍的以滑触线和无线通讯网络为基础的电气控制方案可以充分的满足这种需求，而且系统稳定可靠，自动化程度高，维护简单。尤其是在生产环境比较好的冷轧厂，该方案值得广泛推广。
参考文献:
[1]高锋阳，黄聪月，韩竺秦.基于SCALANCEW的自动化立体仓库无线网络设计.起重运输机械，2010(2).
[2]昌亮.冷轧连续退火线入口自动控制系统设计.辽宁科技大学.2012.
基于工业无线以太网的钢卷运输车控制方案及应用
刘君祖
中冶南方(武汉)自动化有限公司湖北省武汉市430205
摘要：在冷轧厂中，钢卷运输车是各生产工序中必不可少的设备，尤其是用于不同机组之间的长距离钢卷运输车或过跨运输车，其运行状况直接决定了各生产工序间能否紧凑地衔接起来，满足厂内原料或成品料物流顺畅，满足正常生产需求。本文描述了一种基于工业无线以太网的钢卷运输车电气控制方案，该方案中，包括液压、电机在内的驱动装置与钢卷运输车集成为机电一体设备，通过滑触线获得动力源，通过无线工业以太网络从操作人员或者前、后机组获得控制信号，使其作为独立的单体设备运行于冷轧厂钢卷物流系统之中。本方案可以满足生产过程对钢卷物流移动速度高、距离长的需求，并在某钢厂轧后库钢卷运转系统和某钢厂镀锌机组与包装机组之间的钢卷运输系统的得到应用，取得良好的效果。
关键词：钢卷运输车滑触线工业无线以太网
中图分类号：D922文献标识码：A
引言
1.1工艺简介
某钢厂轧后库钢卷转运系统是将钢卷从酸轧机组出口步进梁交接鞍座上运送至出口存料台。设备设有两个中间鞍座（中间存料台）、两个出口鞍座（出口存料台）及两台钢卷运输车。No.1钢卷运输车将钢卷从交接鞍座转运到中间存料台，再由No.2钢卷运输车将钢卷转运到出口存料台，然后由车间天车吊走，如果其中一辆钢卷运输车出现故障或者需要检修，可以移动到运输线的两端进行检修，另外一台照常工作，从而不影响正常生产。运行距离为90米，为满足生产节奏，两辆钢卷运输车的设计速度为max60m/min（负载）及max70m/min（空载）。工艺流程见图1。
图1工艺流程图
1.2设备组成
钢卷运输车为钢结构焊接件，包括升降鞍座和横移小车两部分。升降鞍座为焊接件，装在具有导向作用框架上，由液压缸驱动升降。升降液压缸固定在车架上，由同样固定在钢卷运输车上的独立液压站提供压力油。横移小车为焊接件，车体上装有4个车轮，由固定在钢卷运输车上的齿轮马达驱动，沿着两根固定在基础上的轨道行走。在运输轨道两侧地面上安装有光电开关和接近开关等设备，来判断每个鞍座上是否有钢卷以及钢卷运输车的实际位置。
电气控制系统设计
由上述描述可知，钢卷运输车速度快、运输距离长、钢卷运输控制逻辑比较复杂、控制信号较多，针对上述工艺及设备的要求和特点，电气控制系统采用滑触线为钢卷运输车供电，由地面控制系统通过工业无线以太网向钢卷运输车上控制系统发送、接收控制和状态信号。
下面从分别从供电系统、通讯系统和控制系统三个方面阐述本方案的组成。
2.1供电系统
冷轧厂中，常见的上卷钢卷车或卸卷钢卷车都是通过拖链给车上的电机供电，驱动钢卷车移动，通过液压软管输送压力油驱动钢卷车上鞍座的升降。但对本案中移动距离长、移动速度快的情况，普通电缆拖链很难满足工艺需求，且容易损耗，维护不方便。通过安全型滑触线给钢卷运输车供电的方式可以解决这个问题，其优点有如下几点：
其一是速度快，完全可以满足本项目中70m/min的移动速度，而且可靠性高。
其二是导电率高，磨损小，使用寿命长，故障率低，维护成本低。
本案中对钢卷运输车上供电采用安全型滑触线供电，三相四线制，地沟安装，其总体布置图如图2所示：
图2安全型滑触线总体布置图
2.2通讯系统
因为钢卷运输车上没有电缆拖链，车上控制系统和地面控制系统无法采用硬接线的方式进行通讯，所以本案采用无线以太网的形式实现地面控制系统对钢卷运输车的控制。具体硬件系统采用的是西门子公司的SCALANCEW无线网络产品。
无线通讯是未来自动化的发展趋势之一，应用越来越广泛，西门子推出的SCALANCEW产品用于工业无线局域网的通讯，具有安全、可靠、耐用的特点。可以替代有线，实现可靠的通讯连接，符合WLAN国际标准IEEE802.11，并适用于2.4GHz和5GHz免授权射频频段[1]。
无线网络主要包括3个组成部分：接入点（AP），天线，客户端（Client）。
针对本案现场的具体情况及成本等因素，接入点采用W784-1，客户端采用W744-1，并配无线天线等附件，无线天线为全向天线，有效半径为200米。完全满足本项目的需求。接入点可客户端分别通过各自的有线网络接口连接到地面控制系统和车上控制系统中，接入点和客户端通过全向无线天线互相通信。其网络配置参见图3。
图3网络及控制系统配置图
2.3控制系统
本案中控制系统分为地面控制系统和车上控制系统，均采用西门子S7-200CPU实现逻辑运算等功能。
地面控制系统位于地面主操作台中，用于收集生产操作人员在操作台上对钢卷运输系统的手动操作及干预，同时，与酸轧机组出口步进梁进行通讯，获得自动模式下对两辆钢卷运输车的控制命令。除CPU224XP外，其I/O扩展模块用于连接操作台上按钮、选择开关和指示灯等操作元件及地面光电开关和接口开关等检测元件；PROFIBUS从站模块EM277用于与酸轧机组实现PROFIBUS总线连接，实现与酸轧机组的通讯；另外通过以太网通讯模块CP243-1连接无线以太网接入点及其天线，实现与钢卷运输车控制系统的通讯。
两辆钢卷车上分别有一套车上控制系统，安装于车载电控箱内，主要用于接收主操作台上发来的控制命令，从而控制车上的液压系统及其阀台和小车横移电机等设备。CPU224XP用于处理地面控制系统发来的控制信号，结合车载检测元件，通过I/O扩展模块控制车上液压站及其阀台，通过USS总线控制车载横移电机变频系统，以完成钢卷运输车鞍座的升降和钢卷运输车的移动的动作。其中横移电机的变频系统采用西门子MM440变频器，驱动横移电机实现对钢卷运输车及车上钢卷的平稳移动。最后通过以太网通讯模块CP243-1连接无线以太网客户端及其天线，实现与地面控制系统的通讯。控制系统配置图见图3。
应用
本系统方案在某钢厂轧后库钢卷运转系统的得到应用，于2010年投入使用，效果良好，受到用户的好评，并于2011年将该方案移植到某钢厂镀锌机组与包装机组之间的钢卷运输系统中，并做部分优化及修改，现场运行良好。
结束语
近年来，随着钢铁厂自动化水平的提高，钢铁生产效率也得到显著提升，各个生产环节之间的物理系统成为制约产量提升的瓶颈，以移动速度快、距离长为特点的钢卷运输车需求量明显加大。这要求从控制系统的全局出发，提高生产效率、降低生产成本、改进产品质量,以适应快速多变的市场需求[2]。本文介绍的以滑触线和无线通讯网络为基础的电气控制方案可以充分的满足这种需求，而且系统稳定可靠，自动化程度高，维护简单。尤其是在生产环境比较好的冷轧厂，该方案值得广泛推广。
参考文献:
一、完成的主要工作
1、从计划入手，认真谋划企业信息化工作。抓好落实信息化规划、年度计划和各项工作方案编制工作。一是在总结“十二五”信息化工作的基础上，积极参与公司“十三五”信息化规划征求意见讨论与完善工作。二是围绕增强新厂后劲和管理提升，结合新厂建设实际，年初和年中很好地谋划了《2016年度采购计划》、《2016年度采购计划中期调整项目》，及时将公司试点建设批次管理项目纳入企业计划。三是年初编制和中期修订了《2016年度____卷烟厂信息化工作计划与安排》，将年度工作纳入部门与个人绩效合约考核。充分体现对基础设施、资源配置、业务和安全建设与集成与绩效思考，充分调动大家的智慧和能动性。
2、从源头做起，认真安排落实各项重点工作。抓好绩效管控，努力完成阶段性工作和任务。一是充分发挥现有资源做好新厂人才培养对接，选好苗子、压好担子、铺好路子，加快信息化与标准化队伍建设。主要聚焦新厂信息技术等关键岗位要求，借助设备（系统）厂家以及兄弟单位的现场带教平台，新厂系统安装调试契机，量身定制了技术技能层级人员培训培养方案，精心实施了“精准培训”和“催化培训”。对高架后台系统、MES、卷包数采、制丝集控、机房、网络、1＃工程、会议系统和能源管控系统等关键用户进阶及相关系统进行了操作应用培训，均取得了预期成效，为下一步全面适应新厂的新装备、新工艺、新技术要求打下了基础、增添了“底气”。二是努力促进新厂计算机机房项目与新厂MES和各管控系统对接，努力配合管理信息化平台的搭建和应用。今年上半年，制丝中控、能源管控、卷包数采以及物流高架等项目实施单位开始现场安装，期间，利用各种交流沟通方式，努力做好各项目实施配合、MES系统与各管控系统的协调与衔接工作，同时，根据我厂实际管理需求，提出MES系统优化建议，包括后期按“大数据＋卷烟工业”要求，开展了合作生产批次管理项目调研、优化方案、立项和招标活动。以较高标准、较严要求促进管理信息化平台的建设。三是逐步推进企业制度规范与新厂管理、技术和工作对接，努力实现新厂各项工作“有章可循”。一年来，根据拟定的管理体系对接方案，全面梳理老厂现有制度和规范。针对企业主要业务流程和管理、技术标准进行了评审和修订的基础上，结合新厂岗位设置、职能分工、管理要求，充分考虑新厂生产管理要求和管理的延续性，分期分阶段进行了计算机和信息化制度整理和修订，突出体系文件传承性、创新性、充分性、精简性、适应性。优选了高架库和中心机房两个岗位做标准制订工作试点，以此推广到全厂各岗位，以确保新厂试生产之时，主要的制度、标准、工作流程基本到位，做到各项工作开展、各项生产操作和管理人员“有章可循”，“有法可依”，为下一步体系管理平台的构建打下基础，做好铺垫。同时做好制度文件宣贯及落地，全面梳理并构建新厂制度体系问题。
3、从安全角度，认真落实新老厂信息安全保障工作。严格抓好人员、制度执行和运行保障工作。一是抓好对接技改项目现场再造和设备安装调试期间安全交底工作。及时召开对接新厂座谈会，规避技改现场的安全管理风险，严肃厂纪厂规，对新厂现场参与人员开展了安全管理与技术交底工作。二是抓好网络与信息系统安全运行保障工作。一方面，加强了网络检查排查。按日常、节假日和月度、季度巡检要求，组织开展了机房网络及信息系统运行检查排查活动，累计按时组织处理故障93次。另一方面，为促进和提高信息安全管理水平和运维保障能力，按行业和公司及厂部要求组织开展了各专项活动。部署和密切关注网络舆情和公司网络安全保障和通报专项监控工作。按国家局通知要求，开展了2016年行业信息系统应用安全专项检查自查自纠工作。结合厂“安全生产月”活动要求，组织开展了网络安全检查自查活动和中心机房火灾事故现场处置方案演练活动。日常围绕新厂信息项目对接事项，强化了网络与信息系统巡查防护，确保了在现有的硬件基础条件下网络数据传输快捷安全，为我厂开展生产经营管理活动提供了安全稳定运行保障。
4、开展现场再造与流程优化。一方面，为适应公司发展新变化，企业工作新常态，4月中旬以来，开展了OA系统企业首页布局及栏目内容调整工作。结合日常标准文件评审要求，适时开展业务流程优化工作。另一方面，按新厂现场再造工作方案，开展厂内信息类、传媒类、音响类标识的规划和现场目视化信息收集工作，努力体现“行业典范”和“窗口企业”的品质要求。
5、抓好我厂易地技术改造项目即将竣工投产试运行之际信息设备资产的安全清查管理和保值增值工作。年初和年中，根据公司和厂部资产全面清查工作方案要求，开展了IT资产和低值易耗品全面盘查工作，一方面，清查了企业所拥有电子设备的数量、规格型号、原值、净值及使用状况、固定资产台账建立情况、使用和报废合规情况、定期核对账物情况，确保账、账相符，账、物相符。另一方面主要检查了低值易耗品领用签收情况；低值易耗品台账建立情况；管理部门每年至少一次同各使用部门核对一次账、物情况；低值易耗品内部调拨（移位）、报废（处置）合规情况。全面摸清家底。通过账实核对工作，摸清企业存量资产的存放、使用状况及数量、价值信息。针对资产使用状况合理处置，盘活未使用和不需用资产，保障国有资产的安全完整和保值增值。为防止资产闲置浪费，征集了老厂某些IT设备和会务系统资源对于新厂利用工作。
二、存在的问题、不足和薄弱环节
目前，网络通信、计算机机房、1#工程转接、
消防、监控、多媒体、MES、动力能管、制丝集控、卷包数采等项目或系统建设基本符合技改进度要求，但也遇到的问题：一是企业MES生产执行等企业在线信息系统在试运行阶段或多或少暴露出一些问题，比如：接口通断、数据传输及准确效率问题，功能是否全面符合性问题等等。
二是公司试点批次管理项目进度上存在滞后的问题。目前项目才刚刚完成评标工作。
三是企业各试运行信息系统其他应用人员对接培养与过程管理规范问题。
四、企业网络的安全风险规避与重要信息系统的识别与等保变更的问题。
这些问题也是工作中存在的不足和薄弱环节。主要原因一是是企业数字化工厂初建阶段，实施经验不足，加上在线信息系统正处在试运行阶段，批次管理项目待建系统也是应用试点，有个在实践中验证和摸索的过程。二是企业各试运行信息系统掌控和应用人员需要有一段对接培养与适应过程。三是企业网络的安全风险规避和信息系统过程管控存在新老厂过渡和改善的过程。
三、下一步打算与建议
下一步企业信息化工作将紧扣公司“十三五”信息化规划要求，重点围绕明年适应新厂运行、保障新厂生产等工作，结合公司、厂部工作要求及本部门工作职责、工作实际，认真做好以下各项工作：
一是认真抓好企业网络通信、网络系统安全、计算机机房、1#工程转接、MES、动力能管、制丝集控、卷包数采等网络信息系统问题的梳理、现场再造整改与流程优化和过程管理规范工作。
二是认真抓好公司试点批次管理项目进度追赶工作。借鉴行业经验和最新技术成果，主要是关键技术方面突出“大数据＋卷烟工业”精益制造与管理要求，架构好信息系统集成平台。力求在合同签订后，早日完成系统需求方案与集成改造方案，合理部署调度，力争在6月底以前完成____公司组织的统一验收和后续实现大数据应用和管理工作。
三是继续抓好企业各试运行信息系统关键岗位和其他应用人员对接培养与过程管理规范工作。编制实施各岗位绩效管理工作标准，修订计算机网络与信息化管理各项管理标准。建立健全信息系统运行过程管理办法，充分发挥能动资源保障新厂生产与经营管理正常进行，促进提升工作绩效。
四是认真抓好企业网络的安全风险识别，梳理优化规避风险措施、强化基础安全设施。科学开展网络与各信息系统后期运维保障工作。同时，按国家局和公司要求，抓好企业在用重要信息系统的识别与等保变更工作。
关键词：污水处理厂；双环以太网；网络安全，干扰源；升级改造
Abstract:Thereliabilityoftheautomaticcontrolsystemnetworkdirectlyaffectstheoperatingefficiencyoftheurbansewagetreatmentplants,focusingonthefactorybackboneringnetworkandbiologicalpoolfieldbusnetworkfailurefrequencyofpoorreliabilityfeaturesproposedtransformationprogramtoensuretheefficientoperationofthecommunicationnetwork.Sourcesofinterferenceinthenetworksecurityandnetworkcommunications.
Keywords:sewagetreatmentplant;bicyclicEthernet;networksecurity,sourcesofinterference;upgrade.
中图分类号：[TU992.3]文献标识码：A文章编号：
城市污水处理厂自动控制系统担负着全厂电气设备及仪表的监测和控制以及生产工艺流程的实现。拥有性能可靠、稳定的自控系统网络可以充分发挥网络通信优势，实现信息资源共享，改善操作环境，减轻劳动强度等，实现工艺处理优化运行和生产运行的智能化调度、从而达到节能降耗经济运行的目的。目前大多数污水处理厂设立中央控制室通过自控系统通讯网络实时采集、传输、监控现场的设备信号。由于污水厂现场设备分布比较分散，离中控室距离较远，信号传输网络较长，受周围恶劣环境影响现场干扰源较多，加之通讯线路老化，容易出现网络不稳定通讯中断等问题。本文以上海竹园第二污水处理厂为研究对象对其自控系统通讯网络的可靠性进行研究与并提出了改造方案，以实现污水厂高效稳定的运作。
1污水处理厂自控系统概述
污水处理厂自控系统对现场设备的监控主要是对模拟量和开关量进行监控。主要模拟量信号有流量信号液位信号阀门开度信号等；主要开关量信号有设备的启动、运行、停止、故障信号等，目前大多数现场设备使用各种现场总线控制通讯协议接入工业以太网实现与中控室的实时通讯。
上海竹园第二污水处理厂，系上海城市环境项目污水治理三期工程的重要组成部分，占地面积29.66公顷，处理规模为50万m3/天，出水达到Ⅱ级排放标准。全厂自控系统由厂级中央监控工作站和现场PLC控制站通过工业以太网络组成。自动控制系统采取“集中管理、分散控制”的原则，主干网通信传输采用具有冗余结构单环光纤工业以太网，连入6个现场PLC控制站，现场总线采用ProfibusDP通信。配合数据采集（SCADA）系统可以完成对设备各种运行信号的收集、监控，并对核心生产数据自动生成报表、趋势图以及报警。
图1全厂自控系统单环光纤工业以太网络拓扑图
2自控系统通讯网络故障分析及改造方案
该厂自2007年建设运行以来，已经运行了5年。运行前期该厂自控系统网络稳定，具有纠错力强，冗余性高、可靠性强等优点。随着设备数量和运行时间的不断增加，自控备及通讯线路不断老化，工作效率降低，已经不能满足可靠的生产运行要求，通讯网络的整体稳定性不断下降，故障率明显提高，平均无故障时间减小。
2.1主干环网常见故障分析及改造方案
理论上主干环网上的某一路链路断开，整个网络仍可正常工作。但在竹园第二污水处理厂生产运行中发现随着现场设备的增加和的使用年限的增长，数据流量急剧膨胀，自控网络的负担加重，自控模块及通讯电缆受腐蚀环境影响不断老化，实时通讯稳定性严重降低，容易造成网络信息报文碰撞堵塞的现象，导致主干环网中的PLC站间时常出现通讯故障，信号相互干扰，而且会出现由环网中某一PLC站点的通讯故障引起整个环网的通讯瘫痪，不便于工作人员精确定位故障设备，研究发现该情况发生频率有上升的趋势。网络通讯系统的不稳定已成为该厂自动化控制的最大障碍，严重影响了污水厂的正常运行。同时也反映出目前使用的单环以太网（如图1）结构的缺陷，迫切需要对该厂自控系统通讯网络实现升级改造以确保高效运作。
图2改造前单环以太网结构图3改造后双环以太网结构
改造方案中建立了双环光纤以太网结构，并选用带有SNMP网络管理功能的交换机，采用WEB方式或网络管理软件对交换机和整个网络系统进行组态、诊断、故障定位和管理为了提高网络在发生故障时的可恢复性能。具有冗余功能的双环以太网拓扑结构提供多个通道比单环以太网结构稳定性更高，纠错力更强，各PLC站点互相干扰能力也大大减小，实现方案时无需改变整体网络及其他硬件，仅需要用增加现场交换机。如果通讯网络一端发生故障，双环结构结构将在小于500ms的时间内寻找最佳路径切换到其他支路实现通信功能，容易定位故障点。大大提高了的实时性能，克服了原先系统的不稳定性。为确保冗余环网结构功能，在中央控制中心接入光纤环网节点处，添加用两台工业以太网交换机分别连接两台互为冗余热备的操作站计算机的连接方式进行连接，以实现稳定传输。
2.2生物处理池现场总线常见故障分析和改造方案。
生物反应池工艺设备较多，且均需自动控制联动完成，直接关系到了水质处理效果，此处对自控系统要求较高。改造前现场总线使用的是ProfibusDP通信，拓扑结构如图3所示.在生产实践中发现总线通讯设备长期运行于腐蚀性环境下的总线接口故障率高，故障频发易造成误动作，给安全生产带来极大隐患；由于总线通讯本身的抗干扰能力较弱，加上线路距离较长，信号衰弱现象仍然日益严重，通讯的稳定性严重降低；总线通讯故障排查较困难，如某一电动阀门节点通讯故障会影响整条总线通讯链路，查找更换时间长，无法迅速恢复生产。另外总线通讯模块的抗雷电耦合电冲击干扰能力相对较弱，虽然部分线路加装了防雷器，但是由于生物池上方空旷通讯模块损耗的现场时有发生，个别设备的损坏会影响整条总线信号中断。仅2011年度，生物池由此产生的总线通讯网络故障累计20余次，更换的西门子EM277模块多达上80个，尤其是雷雨天气故障频发，严重影响到生产运行。污水处理工艺运行是一个连续性的过程，其工艺运行特殊性决定了自控系统控制及其网络通讯的重要性，分析认为该厂生物处理池采用总线通讯控制方式效果不理想。
图3ProfibusDP总线通信拓扑结构
本次改造放案是将生物反应池上工艺设备的信号控制方式由ProfibusDP通讯改为I/O采集控制，并且每个生物池新增1个就地控制站实现控制和网络通讯，最终新增的4个生物池的PLC站组建环网后与中控室实现通讯，有效避免了某个DP通讯模块故障对整条链路的干扰。考虑到防雨防雷保护，将控制柜设置在生物侧面，在控制柜内加装防雷装置并做好防水和防潮及接地工作。
2.3网络安全性的升级改造
工业控制网络的安全性主要包括外部和内部两个方面的因素，对外主要是防范外部网络的来意攻击，限制外部网络非信任终端对内部网络资源的访问;对内部主要是防止来自内部网络的攻击和对控制域资源的非授权访问。采取以下措施来加强网络的信息安全，交换机制管理采用密码访问机制;增加具有防火墙功能的路由实现工业以太网和办公网络的隔离，关闭不使用的交换机接口，防止外部设备的非法接入;此外将MAC地址与端口绑定，以防止未授权的用户访问。
2.4自控系统现场干扰源的分析及应对
首先污水处理厂占地面积较大，通讯线路较长，易受到外界干扰造成传输过程信号延时衰减等现象，可以增加信号放大器实现远程传输。其次电网供电覆盖范围广，通讯网络易受到电磁干扰而在线路上产生感应电压和感应电流，自控系统应安装用了隔离电源克服干扰。信号电缆和动力电缆必须分开敷设，以减少来自信号线电磁辐射感应产生的干扰。自控系统的正确接地，既能抑制电磁干扰的影响，又能抑制设备向外发出干扰。模拟量信号的输入方式，尽可能采用差分输入方式，以消除其共模干扰；将所有闲置通道跨接到公共端以减少干扰。
3综述
关键词：无线传感器网络；工厂化水产养殖；水环境；实时监测
中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：2095-1302（2014）08-0032-02
0引言
中国是水产养殖大国，世界上百分之七十左右的水产养殖产量来自于中国境内。目前，国内多数的水产养殖场在技术上都处于较为原始的阶段，主要依据个人经验进行生产管理。由于市场竞争日趋激烈，大量养殖场都转而采用大幅度提高养殖密度的方式来获得更多利润，这使得过去在自然水体中进行散养的陈旧经验不再可靠。对水环境不能及时了解，是养殖场面临的最大风险。一次严重的缺氧就可能对生产造成毁灭性的打击。同时，水环境管理不善使得鱼病丛生，养殖者不得不使用大量的药物保证养殖对象的存活，这又对食品安全造成了很大威胁。随着全社会对食品安全的持续关注，这样的生产方法已经不能适应社会的需求。水产养殖行业急需一种更精细的生产管理模式。
而阻碍水产养殖业进行精细化生产转型的最大阻力便是成本，尤其是各种测量和通信设备的安装和使用成本。目前欧美发达国家的养殖场普遍套用工厂的管理模式，大量使用现场总线和工业计算机等自动化设备对各类传感器进行组网，并聘用懂得使用此类设备的高技术人才进行运营。这些设备的一次性投入过于巨大，超出了国内绝大多数养殖场的承受能力，且对使用者的要求过高，目前国内的绝大多数养殖场尚无可能招聘到此类人才从事养殖工作。
随着物联网技术的不断完善，一种基于无线传感器网络技术的新型信息管理方案有望解决这一困局。
1技术方案
1.1适用场合
本文所论述的解决方案适用于已经初步具备高密度水产养殖能力的装备了人工增氧和基本水处理设备，而尚无可靠的水环境信息获取能力的养殖场所。
1.2系统结构
本方案包含一个基于ZigBee技术的无线传感器网络，实现各类信息采集设备的无线通讯，并将采集得来的信息经汇总后发送到用户需要的终端。
用于信息采集的设备主要是各类传感器。传感器可收集水体溶氧、温度、浊度、氧化还原电位等信息。每个传感器均与一个ZigBee终端及一个小型充电电池组成一个完整的探测单元。该探测单元可以被自由的安放在任何需要的位置，无需布线。ZigBee终端可与ZigBee的其它单元配合形成一个自组织的无线网络，并通过ZigBee网关将探头收集的数据传输至网络。用户可通过电脑或移动终端通过网络随时查阅这些信息。图1所示是无线传感器网络组网结构示意图。
1.3系统参数
本方案使用的芯片为采用IEEE802.15.4标准的CC2430系列ZigBee芯片。在硬件设计上，针对路由节点的功率不同采用两种可选方案。
其中普通方案适用于养殖场所中安放ZigBee测量终端与路由节点的位置相隔不太远且可视的情况。普通路由节点使用CC2430片上系统集成的CC2420RF收发器，经测试可保证可视距离60m内的数据传输。此种设计最大的优势就是供电方式非常灵活，且续航时间长。
而针对养殖场各个部分相距较远或中间有物理隔断的情况，可选择大功率路由节点。大功率路由节点在普通节点的基础上增加了一个CC2591射频前端，并通过TPS73033电源模块进行供电。经测试，大功率路由节点可间隔3堵厚约30cm的混凝土墙或400m以上的可视距离进行数据传输。
1.4网络拓扑
为了尽可能适应复杂多变的养殖场结构，本方案采用网状网路由的方式对网络进行自组织。此种网络拓扑方式采用自组织按需矢量简化算法（AODVjr），适用于养殖场的数据传输需要，即拓扑或通信环境有时会发生变化且需要传输的数据量不大（主要是温度、溶氧量、浊度、氧化还原电位等简单数值信息）的情况。
2功能应用
2.1数据获取
利用CC2430片上系统自带的ADC模块，可将各类传感器提供的电压信号转化成数字信号，并统一编码发送。可集成的传感器有溶氧探头、温度探头、浊度探头、氧化还原电位探头等。基本满足了水产养殖的水环境监测要求。
2.2数据传输
采用ZigBee技术的数据传输速度介于20～250Kb/s，而每个传感器每次所需传输的数据只有几个字节的大小，数据传输的延迟几乎感受不到。
2.3节点分布
ZigBee网关的安放应在保证可以连接英特网的情况下尽量位于养殖场的中心位置。每个路由节点的安放应保证其有效通信半径内包含网关或至少一个可与网关通信的路由节点。每个测量终端的安放应保证其位于至少一个路由节点的有效通信半径内。
2.4信息获取
用户可简单的通过移动设备或电脑访问英特网查询养殖场的实时水环境信息。该信息会依据设置定期刷新。用户与养殖场的通信联络如图2所示。
3技术优势
与西方目前普遍采用的基于现场总线和工业计算机的养殖场数据采集方式相比，本文所论述的方案在某些方面具有优势，具体情况如表1所列。
4结语
本文提供了一个用于提高水产养殖场管理水平和信息化程度的基于物联网技术的解决方案。该方案尚不包括对养殖场中的设备进行自动化控制的功能。这种控制功能的实现还有待于一个专家系统的建立作为依据，依照系统中储存的对特定养殖对象最合适的环境参数对养殖场的设备工作情况进行统筹的安排。这将是本方案未来继续改进和提高的方向。
参考文献
[1]刘鹰.工厂化养殖系统优化设计原则[J].渔业现代化，2007（2）：11-12，20.
[2]陈峻青.工厂化养殖大菱鲆质量安全控制策略研究与体系建立[D].青岛：中国海洋大学，2011.
[3]孙峰德，孟庆武.工厂化养殖循环水处理系统的建造技术及其市场前景[J].中国渔业经济，2008（3）：26-28.
关键词：SDN；PTN；管控分离
中图分类号：TN929.5文献标识码：A文章编号：1007-9416（2017）04-0157-02
随着运营商传送网的开放创新、高效运营、简化运维、降低OPEX等需求的提高，在现有PTN传送网上，实现软件定义网络，也就是说希望应用软件能够参与对网络的控制管理，满足上层业务需求，通过自动化业务部署简化网络运维，这是SDN的核心诉求。
1SDN的进展
1.1什么是SDN
SDN只是一种架构，一种思想，具体的实现多种多样。如果符合如下三个SDN的本质属性，即只要符合控制跟转发分离、有开放的编程接口、集中式的控制就可以认为是SDN。
1.2SDN架构的核心思想
SDN就是靠转控分离、集中控制、开放可编程来改变网络。现在具有如下特点：开放API、Overlay、网络虚拟化、控制面与数据面解耦、解决实际问题。广义的SDN架构指的是向上层应用开放资源接口，可实现软件编程及控制的各类基础网络架构；狭义SDN架构则专指符合ONF组织定义的开放性架构，是基于标准OpenFlow实现的软件定义网络。SDN的核心思想：分离网络设备控制层与数据层，以实现对网络流量的灵活有效控制，为核心网络及应用的创新提供适于灵活开发的平台。一个SDN架构主要由控制器和各个OpenFlow交换机两种设备构成。其中，控制器通过收集各个OpenFlow交换机所统计的数据为SDN中的每一个流分配一条转发路径；OpenFlow交换机根据控制器的指令将流转发到相应的端口[1]。
2PTN-SDN解决方案
2.1以业务为中心的PTN-SDN网络架构
SDN网络将PTN平滑升级到PTN-SDN，通过将现网平滑升级，实现从半开放走向的全开放，并且南向接口兼容现网平滑演进。网络集中控制实现控制与转发的分离，并且实现全局资源管理。使PTN-SDN网络具备两级开放控制器架构，其中域控制器北向开放，并且超级控制器能够实现跨多厂家跨域控制。最后实现开放APP创新，面向业务的标准北向接口。网络架构如图1所示。
2.2PTN-SDN的方案设计场景
2.2.1单域业务发放功能
（1）用户通过综合资管/传输综合网管/APP等形式输出电路工单信息，用户输出电路工单信息，并通过标准Restconf接口下发到s-controller。（2）s-controller接收业务下接口后，对业务接口进行解析，将电路工单参数转换为网络模型后进行业务下发编排。分别下发请求路径计算、隧道创建（包括隧道相关对象、关联LSP生成、OAM对象，以及保护对象生成），以及业务创建（包括业务对象、PW对象、以及EP对象）接口到d-controller。（3）标准北向Restconf接口下发交互。（4）D-controller接收s-controller接口请求，完成域内隧道标签分配，业务对象标签分配和绑定，并调用厂商网管接口进行配置下发。（5）厂商私有接口下发配置。（6）厂商网管通过现有南向接口下发配置到PTN设备，保持与现网的一致性。（7）厂商网管北向接口与综合网管对接，配置资源入库接口保持现有接口不变化。（8）厂商网管与现有设备的南向接口下发。
2.2.2跨域业务发放功能
（1）用户通过综合资管/传输综合网管/APP等形式输出电路工单信息，用户输出电路工单信息，并通过标准Restconf接口下发到s-controller。（2）s-controller接收业务下接口后，对业务接口进行解析，将电路工单参数转换为网络模型后进行业务下发编排。分别下发请求路径计算，并协同各个域之间路径计算。下发隧道创建（包括隧道相关对象、关联LSP生成、OAM对象，以及保护对象生成），以及业务创建（包括域间对接VLAN标签分配，业务对象、PW对象、以及EP对象）接口到d-controller。（3）标准北向Restconf接口下发交互。（4）D-controller接收s-controller接口请求，完成域内路径计算并返回，接收隧道创建在域内隧道标签分配，接收业务创建在域内进行业务对象标签分配和绑定，并调用厂商网管接口进行配置下发。（5）厂商私有接口下发配置。（6）厂商网管通过现有南向接口下发配置到PTN设备，保持与现网的一致性。（7）厂商网管北向接口与综合网管对接，配置资源入库接口保持现有接口不变化。（8）厂商网管与现有设备的南向接口下发。
2.2.3APP专线流量性能和|量呈现
（1）通过APP实现对业务流量类性能的展现，包括带宽占用率、流量分布趋势等；（2）通过APP实现对业务质量类性能的展现，包括时延、抖动、丢包率等；（3）通过APP实现对业务的创建、删除、带宽的调整，为未来APP打通BSS系统，实现集客业务的用户网上自助缴费、变更等提供网络技术支撑。
2.2.4基于策略的智能选路功能
（1）通过APP实现对业务流量类性能的展现，包括带宽占用率、流量分布趋势等；（2）通过APP实现对业务质量类性能的展现，包括时延、抖动、丢包率等；（3）通过APP实现对业务的创建、删除、带宽的调整，为未来APP打通BSS系统，实现集客业务的用户网上自助缴费、变更等提供网络技术支撑。
3PTN-SDN架构实现的方案比对
3.1试点方案1（单域overlay）
（1）PTN-SDN试点业务overlay穿通现网城域网；（2）现网EMS不做升级变动，新增EMS网管和D-controller，S-controller，支持PTN-SDN业务部署；（3）PTN-SDN业务与现网已部署的LTE业务隔离承载，PTN-SDN业务发放和运维均独立进行，互不影响。
3.2试点方案2（单域现网）
（1）PTN-SDN试点业务承载在现网本地网上；（2）利用现网EMS，现网EMS需要升级支持PTN-SDN业务试点。同时在每个域新增D控制器，支持PTN-SDN业务部署；（3）增加协同器S-controller；（4）PTN-SDN业务与现网已部署的LTE业务混合承载。
3.3试点方案3（跨域overlay）
（1）PTN-SDN试点业务overlay穿通现网本地网，在本地网末端和城域落地点增加PTN-SDN设备。PTN-SDN分为3个域，包括两个PTN-SDN末端接入域和一个省干域。省干平面建议直接新建省干平面（同时更好的支持专线业务质量测试和展示）；（2）现网EMS不做升级变动，每个域新增EMS网管和D-controller，支持PTN-SDN业务部署；（3）增加协同器S-controller，协同三个域的D-controller控制器；（4）域间业务采用UNI对接方式，本地城域网需要配置管道overlayPTN-SDN的业务。（5）PTN-SDN业务与现网已部署的LTE业务隔离承载，PTN-SDN业务发放和运维均独立进行，互不影响。
3.4试点方案4（跨域现网）
（1）PTN-SDN试点业务承载在现网本地网上，PTN-SDN分为3个域，包括两个本地网和一个省干。本地网为现有平面设备，省干平面建议直接新建省干平面；（2）利用现网EMS，现网EMS需要升级支持PTN-SDN业务试点。同时在每个域新增D控制器，支持PTN-SDNI务部署；（3）增加协同器S-controller，协同三个域的D-controller控制器；（4）域间业务采用UNI对接方式；（5）PTN-SDN业务与现网已部署的LTE业务混合承载。
3.5方案对比与分析
方案对比与分析表1所示。
根据上述结论，建议在进行SDN架构建设的时候，采用方案一或方案三。
4结语
在PTN-SDN架构中，实现业务承载时，需要依据相关行业标准及SDN架构本身的特点，合理、经济、安全的实现。
参考文献